" La théorie, c'est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La pratique, c'est quand tout fonctionne et que personne ne sait pourquoi. Si la pratique et la théorie sont réunies, rien ne fonctionne et on ne sait pas pourquoi.", Albert Einstein
La théorie du tout désigne le saint Graal des physiciens !
L'objectif étant de décrire de manière cohérente et unifiée l'ensemble des interactions fondamentales, de l'infiniment petit à l'infiniment grand.
Il s'agit donc de trouver les lois harmonisant mécanique quantique et relativité générale.
L'unification théorique des quatre forces fondamentales régissant la physique dans son ensemble porte aussi le nom de superforce.
Une telle théorie n'a pas été découverte à l'heure actuelle, principalement en raison de l'impossibilité de trouver une description de la gravitation compatible avec le modèle standard de la physique des particules (cadre théorique utilisé pour la description des trois autres interactions connues : électromagnétisme, interaction faible et interaction forte).
A ce jour, la quantification perturbative (utilisée dans la théorie des cordes) permet de mettre en cohérence uniquement les forces électromagnétique, nucléaire forte et faible mais est-ce la bonne approche ?
"Mon résultat est trop beau pour être faux ; il est plus important pour une équation d'être empreinte de beauté qu'en accord avec l'expérience.", Paul Dirac
Pourtant cette théorie du tout serait indispensable pour comprendre les singularités que sont les trous noirs et l'origine de l'univers.
Les prémisses de l’union entre relativité générale et mécanique quantique
"Regardez vers les étoiles et pas vers vos pieds. Essayez de donner un sens à ce que vous voyez, et demandez-vous ce qui fait que l'univers existe. Soyez curieux.", Stephen Hawking
Stephen Hawking, célèbre physicien théoricien et cosmologiste britannique a pu "injecter un peu de mécanique quantique" dans des équations visant à expliquer le rayonnement des trous noirs, responsable à terme de leur "évaporation" (hé oui, car les trous noirs peuvent disparaître, ça vous en bouche un coin ?!)
La théorie des cordes... n'a pas toutes les cordes à son arc !
"Si vous croyez comprendre la mécanique quantique, c’est que vous ne la comprenez pas.", Richard Phillips Feynman
C’est la plus connue par le grand public.
Dans la théorie des cordes, une particule est constituée par une corde de dimensions infinitésimales, sorte de lacet fermé ou ouvert qui se déplace et vibre.
Si la corde vibre dans un mode donné, elle décrit un électron ; si elle vibre dans un autre mode, elle décrit un quark, et ainsi de suite.
Exemples de configurations de cordes
Pour que cette théorie "soit viable", il faut émettre un certain nombre d'hypothèses :
D'une part, que notre univers soit constitué de 10 dimensions ...C'est-à-dire 6 de plus que celui que l'on connait à ce jour (3D espace + le temps) !
Ces 6 dimensions supplémentaires devraient être finies et repliées sur elles-mêmes, postulat émis pour expliquer le fait qu'on ne peut pas les observer.
Une autre limite à cette théorie est le fait qu'il en faudrait des milliards de milliards de versions pour qu'elle fonctionne...
Autant dire que ça se corse !
Pour pallier à cette limite, certains théoriciens postulent l’existence de multivers.
Pour en découvrir plus sur la théorie des univers parallèles, je vous invite à découvrir ce post L'univers est un gruyère, et ses trous d'autres univers...!)
Autre hypothèse à vérifier : l'existence de "jumeaux symétriques" à toutes les particules existantes...
A quand le super jumeau de l'électron : j'ai nommé le Sélectron ?!
La gravité quantique à boucles : pour ne plus tourner en rond ?
"Souvent, la fin de l'histoire n'est pas une fin, la boucle n'est pas bouclée du coup le sens de l'histoire est à chercher non dans son dénouement mais dans son déroulement... tout comme le sens de la vie." , Nancy Huston
Contrairement à la théorie des cordes qui prétend unifier toutes les interactions, la gravité quantique à boucle se cantonne à la gravité quantique (qui est quand même la dernière force que l'on ne parvient pas à mettre en cohérence aux niveaux quantique et relativité générale!)
Selon cette approche, notre espace est constitué non pas d'objets continus mais de "grains" : au même titre qu'en mécanique quantique, un électron ne peut prendre que certains niveaux d'énergie, notre univers serait composé "d'atomes d'espace"
L'avantage de l'approche est qu'elle s'émancipe de bon nombres d’hypothèses.
Elle remet notamment en cause le célèbre postulat du Big Bang à l'origine de notre univers et propose un Big Bounce, autrement dit un "rebond" entre un univers précédent qui s'est compacte, pour s'expandre à nouveau dans l'univers que l'on connait.
"La gravité quantique à boucles cherche à combiner la relativité générale et la mécanique quantique directement, sans rien y ajouter. C’est une tentative prudente car elle n’utilise pas d’autres hypothèses que ces deux théories mêmes, opportunément réécrites jusqu’à les rendre compatibles.
Mais ses conséquences sont radicales : une modification profonde de la structure de la réalité.
L’idée est simple. La relativité générale nous a appris que l’espace n’est pas une boîte inerte, mais quelque chose de dynamique : un champ, une espèce d’immense mollusque mouvant dans lequel nous sommes plongés, qui peut se comprimer et se tordre.
La mécanique quantique, d’autre part, nous apprend que chaque champ est fait de quanta : il a une structure fine granulaire. Il s’ensuit que l’espace physique est lui aussi « fait de quanta ».
La prédiction centrale de la théorie des boucles est donc que l’espace physique n’est pas continu, il n’est pas divisible à l’infini, il est formé de grains, d’ « atomes d’espace ». Ces grains sont très petits : un milliard de milliards de fois plus petits que le plus petit des noyaux atomiques. Des millions de milliards de fois plus petits que la plus petite distance qu’arrivent à sonder nos instruments les plus puissants, comme le grand accélérateur de particules de Genève.
La théorie décrit ces atomes d’espace de façon mathématique et fixe les équations qui déterminent leur évolution. On les appelle boucles, ou anneaux, parce que chaque atome d’espace n’est pas isolé, mais relié à d’autres, formant un réseau de relations qui tisse la trame de l’espace physique comme des anneaux de fer tissent une cotte de mailles.
Où se trouvent ces quanta d’espace ?
Nulle part.
Ils ne sont pas dans l’espace, puisqu’ils constituent eux-mêmes l’espace.
L’espace est créé par l’interaction mutuelle des quanta de gravité individuels.
Encore une fois, le monde semble être relation avant d’être un ensemble d’objets.
Mais c’est la deuxième conséquence de la théorie qui est la plus extrême.
De même que disparaît l’idée de l’espace continu qui contient les choses, de même disparaît l’idée d’un « temps » continu élémentaire et primitif qui s’écoule indépendamment des choses.
Les équations qui décrivent des grains d’espace et de matière ne comportent plus la variable temps.
Cela ne signifie pas que tout est immobile et qu’il n’existe pas de changement. Au contraire, cela signifie que le changement est partout, mais que les processus élémentaires ne peuvent pas être ordonnés dans une succession d’instants commune.
A la très petite échelle des quanta d’espace, la danse de la nature ne s'effectue pas au rythme de la baguette d'un seul chef d'orchestre, d'un seul temps : chaque processus danse indépendamment de ses voisins, à son propre rythme. L’écoulement du temps est interne au monde, il naît dans le monde même, à partir des relations entre des événements quantiques qui sont le monde et qui sont eux-mêmes la source du temps.
Le monde que décrit cette théorie s’éloigne encore plus du monde qui nous est familier.
Il n’y a plus d’espace « contenant » le monde, et il n’y a plus de temps « au cours duquel » ont lieu les événements. I
l n’y a que des processus élémentaires où des quanta de matière interagissent continuellement."
Extrait de Sept brèves leçons de physique de Carlo Rovelli, l’un des pères fondateurs de la théorie de la gravitation quantique à boucles
D'excellentes explications dans cette vidéo de David Louapre (pour qui la gravitation quantique à boucles fut un sujet de recherche!) :
Et donc ?
Vous l'avez compris, nous sommes bien loin de tout expliquer et ces théories ne nous disent pas s'il y a une intelligence supérieure derrière tout cela😉
Je vous invite à méditer de nouveau l’injonction socratique :"Connais-toi toi même tu tu connaîtras l'Univers et les Dieux"...
Et aussi à faire un tour du côté de ce post "Si la science ne peut résoudre le mystère ultime de la nature,...
Pour compléter les infos scientifiques présentées
En vidéos sur la chaîne YouTube Science Étonnante
Attention! Beaucoup de redondances entre les 3 vidéos mais c'est pratique pour tout comprendre 😉
Théorie des cordes :
Stephen Hawking et la Théorie du Tout :
Plus encore!
Dans ce blog :
Découvrez les publications de David Louapre / Science Étonnante au travers de sa chaîne YouTube et aussi sa page Facebook et son blog. Passionnant !
Et aussi :
cet article de FuturaSciences intitulé "Gravitation quantique à boucles"
cet autre article Gravité quantique : théorie des cordes et gravitation quantique à boucles
"C’est avec des théories qu’on révolutionne et qu’on réforme.",Hector Bernier (Au large de l’écueil)
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